熱脫附、固相微萃取、同時蒸餾萃取對牛肉香精呈香組分提取效果的比較研究

鄧 莉

香精香料是以改善、增加和模仿食品的香氣和香味為主要目的的食品添加劑.研究香氣的化學物質組成和結構,是開發香精香料的鑰匙[1].20世紀80年代發展起來的氣相色譜 質譜聯用技術、氣相色譜 嗅覺計聯用技術開創了香氣物質研究分析的新領域.然而香氣組分具有構成復雜、含量低、沸點范圍寬,大量揮發性非芳香化合物存在等特點,這無疑給香氣分析帶來一定困難,特別是前處理方法的選擇將直接影響香氣分析的結果.本研究采用3種前處理方法對牛肉香精呈香組分進行提取,并配合GC/MS檢測,比較其異同點,從而深入了解3種前處理方法的選擇性及優勢.

1　實驗材料與方法

1.1　實驗材料

牛肉熱反應膏狀香精,天津春發食品配料有限公司;固相微萃取纖維(2 cm～50/30μm DVB/Carboxen/PDMS),Supelco公司;頂空瓶(20 mL),Agilent公司;乙醚,天津風帆化學試劑科技有限公司;He、N2(均＞99.999%),北京氦普北分氣體工業有限公司;無水Na2SO4,天津風帆化學試劑科技有限公司.

1.2　實驗儀器

5975-6890N-型氣相色譜-質譜聯用儀,Agilent公司;熱脫附儀(UNITY帶有U Inlet裝置),MARKES公司;固相微萃取裝置,Supelco公司;同時蒸餾萃取裝置,天津玻璃儀器廠;DLSB 20/30型低溫冷卻液循環泵,鄭州長城工貿有限公司;RE-2000型旋轉蒸發器,上海亞榮生化儀器廠 ;MH-2800E干浴,天津奧特賽思儀器有限公司;電子天平(METTLER TOLEDO 0.000 01 g);調溫電熱套(1 000 mL);HP 5 ms色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25μm),Agilent公司.

1.3　實驗方法

1.3.1熱脫附法(TD)

取牛肉香精10 g置于20 mL頂空瓶中,使用熱脫附儀的U-Inlet裝置頂空吹掃捕集5 min.冷阱捕集溫度-10℃,脫附溫度200℃,脫附時間2 min.傳輸線溫度200℃,加熱閥溫度200℃.

1.3.2固相微萃取法(SPME)

SPME纖維于氣相色譜進樣口內260℃老化0.5 h;取香精5 g裝入20 mL頂空瓶中,置于50℃干浴中,用2 cm～50/30μm纖維頭萃取0.5 h,插入氣相色譜進樣口內230℃解吸2 min后進樣分析.

民國 《潼關縣新志》。該志成書于民國二十年（1931），是趙鵬超于民國二十年回故鄉避暑時主持編寫的。是志記事始于上古，迄于民國十九年。全書分兩卷，正文分八門（《地理志》《建置志》《田賦志》《官師志》《人物志》《選舉志》《兵事志》 和 《藝文志》），約七萬字。據《凡例》記載：“篇內資料，多取舊志”[3]，但趙鵬超在采用舊志史料的同時簡要地補入了嘉慶二十二年（1817）至民國十九年間（1930）的人事史料。其體例無創新之處，內容太簡。如人物、官師等門，對舊志刪十之七、八，新增亦常以“無事可記”省略。

1.3.3同時蒸餾萃取法(SDE)

取香精100 g,加水250 g,置于500 mL圓底燒瓶中,放入沸石,連接同時蒸餾萃取裝置,使用加熱套加熱保持微沸.溶劑瓶中放入30 mL乙醚,水浴保持微沸,冷凝管與低溫冷卻液循環泵連接使用,同時蒸餾萃取4 h.取下溶劑瓶,旋轉蒸發濃縮至2 mL左右,加入適量無水硫酸鈉,過濾,供GC -MS分析鑒定[2].

1.3.4氣質聯用儀參數設置

進樣口溫度:230℃.柱流速:1.0 mL/min.

電離電壓:70 eV.離子源溫度:230℃.四極桿溫度:150℃.

輔助溫度:230℃.質量掃描范圍:40～400 u.

檢索譜庫:NIST05、自建譜庫.

程序升溫條件:40℃保持3 min,以3℃/min升至150℃,保持1 min,再以10℃/min升至250℃,保持10 min.

2　分析結果與討論

2.1　結 果

TD、SPME、SDE三種前處理方法得到的樣品GC--MS總離子流圖分別見圖1、圖2、圖3.

圖1　TD處理牛肉香精的GC--MS總離子流圖Fig.1 Total ion chromatogram of beef flavor aroma components extracted by TD

圖2　SPME處理牛肉香精的GC-MS總離子流圖Fig.2 Total ion chromatogram of beef flavor aroma components extracted by SPME

圖3　SDE處理牛肉香精的GC-MS總離子流圖Fig.3 Total ion chromatogram of beef flavor aroma components extracted by SDE

TD、SPME、SDE三種前處理方法制得的樣品經GC-MS分析、計算機標準質譜庫NIST05及自建庫檢索、對各組分的質譜圖進行分析,并通過面積歸一化法定量,得到相對含量.其中配比度小于80%的物質被舍棄.結果分別見表1、表2、表3.

2.2　討 論

鑒定出的物質主要包括呋喃、呋喃酮等含氧化合物,噻吩等含硫化合物,吡咯類等含氮化合物,醛類、酮類、酸類、酯類與烴類等脂肪族化合物測定結果見圖4至圖6.

表1至表3、圖4至圖6結果顯示:利用SDE法處理得到的物質種類最多,包括醛類、酮類、醇類、醚類、烴類、酸類、酯類和一些雜環類化合物.鑒定出的2-乙酰基吡咯和對乙烯基愈創木酚是已報道的對醬油香氣貢獻顯著的兩個化合物,帶有焦香.吡咯類化合物和呋喃類化合物主要特征是甜香與玉米香,3-甲基-2-噻吩醛是一種具有肉香,堅果香與烤谷物風味的物質[3-5],這些物質可能對牛肉香精風味貢獻較大.

表1　牛肉香精TD分離的揮發性風味成分的GC-MS分析結果Tab.1　Qualitative results of beef flavor aroma compounds extracted by TD

表2　牛肉香精SPME分離的揮發性風味成分的GC- MS分析結果Tabl.2 Qualitative results of beef flavor aroma compounds extracted by SPME

圖4　牛肉香精TD測定每種物質的數量Fig.4　Numbers of every substance in beef flavor aroma compound extracted by TD

圖5　牛肉香精SPME測定每種物質的數量Fig.5　Numbers of every substance in beef flavor aroma compound extracted by SPME

圖6　牛肉香精SDE測定每種物質的數量Fig.6　Numbers of every substance in beef flavor aroma compound extracted by SDE

利用SPME分析鑒定到的物質3-甲硫基丙醇和2-乙酰基吡咯,前者在低濃度時具有強烈的肉和肉湯樣香氣,后者具有與呋喃酮類似的焦香[6-9].同時檢測到的雜環類化合物,雖然種類相對較少,但對香精呈香起到不可忽視的作用.

表3　牛肉香精SDE分離的揮發性風味成分的GC-MS分析結果Tab.3 Qualitative results of beef flavor aroma compounds extracted by SDE

用TD分析檢測到的主要是酸、醛、酮、烯烴類的物質,其中數量最多的是酸類和醛類,檢測到的雜環類化合物,雖然種類相對較少,但對香精呈香起到不可忽視的作用.

3　結 論

實驗表明,SPME法適合處理揮發性較強的物質,對于雜環類化合物具有較好的分析效果,而雜環類化合物對香精呈香的作用至關重要.同時,SPME以其處理容易,無溶劑等優點成為呈香分析必不可少的方法之一.

用TD法富集檢測數量最多的是酸類和醛類,與靜態的SPME相比,由于TD屬于動態分析,兩者檢測結果上具有一定的互補性.此外,TD技術可以不需要任何樣品前處理即可對固體樣品中的揮發性成分進行分析,方便快捷、重現性好,靈敏度高且不會引入其他干擾物質[10-12].

綜合分析3種前處理方法得到的樣品分析結果,其化合物種類和數量各不相同.其中SDE由于提取時間較長,得到的化合物種類最多,因此能更加全面地反映出熱反應肉味香精的風味輪廓,但由于提取過程需要長時間加熱,容易令組分間發生復雜的化學反應,不能真實的反映出香氣的原始組成;SPME操作簡便,無需溶劑,對于易揮發組分特別是雜環化合物的提取效果較好,可作為此類香精分析的首選方法;動態頂空的TD相對于靜態的SPME檢出限更低,更適合對痕量物質的捕集.同時由于熱脫附所用吸附劑(Tenax)與固相微萃取纖維(DVB/Carboxen/PDMS)材質不同,選擇性存在差別,因此結果可與SPME互補.

肉味香精構成組分種類繁多,分析復雜,建議根據實際情況,將多種前處理方法結合使用,以便全面了解其風味構成,對香精的研發提供一定的指導作用.